基于Web的茶葉物聯網遠程智能控制系統的設計

邱富軍（瀘州職業技術學院，四川瀘州646005）

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基于Web的茶葉物聯網遠程智能控制系統的設計

邱富軍
（瀘州職業技術學院，四川瀘州646005）

摘要：物聯網的作用之一就是將物與人連接起來，基于Web的茶葉物聯網遠程智能控制系統的設計，茶農只需通過電腦或手機終端即可瀏覽圖像，讓茶園盡收眼底。根據茶葉物聯網的監測記錄，可以及時分析應對氣候異常、土壤生態變化等環境因素，實現自動灌溉、驅蟲防病等工作，提高茶葉的質量和產量。

關鍵詞：茶葉物聯網；遠程智能控制；系統設計

近年來，農業物聯網技術的廣泛應用，為農業科技創新提供了較強的技術活力。2012年中央一號文件突出強調部署農業科技創新，提出要把推進農業科技創新作為“三農”工作的重點。農業物聯網技術改變過去完全依靠經驗的落后方式，從而整體而系統地將傳統農業打造成自動、智能、高產農業，對調整當前茶葉產業結構，加快農業生產發展方式轉變有著重要意義。

1　茶葉物聯網概述

物聯網的本質是物與物利用相關傳感設備，與紅外、無線技術或者互聯網技術進行充分的綁定，最終達到人對物的智能化管理。所謂茶葉物聯網，是指將大量的傳感器節點構成監控網絡，通過各種傳感器采集信息，幫助茶農及時發現問題，并且準確地確定發生問題的位置，這樣農業將逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產模式轉向以信息和軟件為中心的生產模式，使用各種自動化、智能化和遠程控制的生產設備，實現農業增效、農民增收。

在茶葉物聯網控制系統的研發階段，需要對茶葉生長環境的參數進行監測，因為對茶葉的生長造成最大影響的就是空氣的溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度等參數。所以，確保遠程監控系統的實時性、精準性、可靠性就是Web開發技術的要點。我國關于茶葉物聯網智能化尚處于研究階段，尤其對于茶葉產業的Web遠程控制設計還是空白。伴隨著我國通信技術與互聯網技術的全面發展，探索茶葉物聯網的智能化遠程控制就具有非常重要的現實意義。

2　茶葉物聯網遠程智能控制系統的結構設計

茶葉物聯網可以實時監控茶園的雨量、光照、土壤養分、病蟲害情況等，實現茶葉生長、采摘加工、儲存銷售、終端銷售等各個環節的全程記錄。茶農通過這套物聯網設備，可以進行土壤檢測、自然災害預警和病蟲害防治，對采集的信息可以通過專家會診，專家在線幫助茶農實現增產、科學化管理，以及精細化制作。茶葉物聯網讓更多的茶農及時得到農技服務，實現茶園與農技無縫對接，保障茶農能夠通過終端設備看到茶葉的全過程種植、采摘加工、倉庫傳輸，銷售等一系列信息。茶葉物聯網遠程智能控制系統直接通過網絡實時監控，從種植、采摘、加工等各生產加工環節以及成品茶分揀、包裝、物流等全過程，這些數據時時傳遞、終端備份留存，根據這些數據，實現產品質量可溯源，為產品“從育苗到茶杯”提供了綠色安全通道。

2.1框架說明

茶葉物聯網遠程智能控制系統的結構由三部分組成，分別為硬件設施、服務器端、Web客戶端。其中，硬件設施部分最先通過可移動無線傳感網絡節點組成多跳通信、自組織智能網絡系統，滿足于分布式多點采集；然后再利用GPRS網絡將第一時間搜集而來的數據輸送到服務器端的數據庫中；服務器同步對這些數據進行分析與整理，不僅如此，服務器還肩負著遠程管理Wed客戶端的工作；Web客戶端設計取決于B/S架構的Web頁面，可以滿足廣域網的廣大用戶的訪問與管理，同時公布茶葉生長的空氣溫濕度、土壤溫濕度等參數。

遠程智能控制系統在設計初期充分權衡了操作人員使用的便捷性，通過互聯網的Web頁面，讓控制系統的應用能夠更為靈活，有著十分強大的通用性，這也更加便于后期系統的升級和維護工作。通過Web客戶端頁面，操作人員能夠在帶有IE瀏覽器的電腦上遠程操作管理，在使用上極為方便。

2.2數據庫設計

眾所周知，數據庫的功能主要有兩方面，一是對實時數據的存儲或是讀取，二是對數據的歷史查詢。基于Web的物聯網遠程監控系統中，數據庫位于服務器端，利用接口調用，可達到即時的數據接收與數據存儲。茶葉物聯網的監測設備是數據庫的數據來源，利用傳感技術和GPRS網絡進行鏈接，能夠將取得的實時數據信息第一時間輸送至服務器端進行解析與解決，在服務器對數據進行處理之后，將相應的數據結果存儲在數據庫中。Web客戶端只需要利用瀏覽器就能夠進行即時訪問、實時瀏覽、以及對數據采集模塊展開遠程控制。Web客戶端通過時間模塊來分配任務、不間斷刷新，利用瀏覽器向Web服務器輸送請求，再將請求轉發至數據庫，數據庫服務器響應請求，把最新的數據呈現于Web頁面上。數據庫設計中的數據存儲主要是采取單節點存儲的這個形式，將各個節點采集的數據看作是個體的數據存儲在數據庫中，操作人員能夠立即知道茶葉物聯網中各個環境參數，這讓監控數據能夠更為及時精準。

3　茶葉物聯網的Web控制設計

茶葉物聯網通過采集設備對茶園環境的溫度、濕度、光照、風向等進行檢測，再由遠程數據傳輸網絡及時發往服務器終端，對茶葉進行實時動態監控管理。在茶園里安裝物聯網傳感器，茶農坐在家里只需通過一部手機或者電腦就可及時地掌握蟲害信息，作出最權威的處置。尤其針對茶葉的綠盲蝽蟲害，茶葉物聯網技術實現了蟲害數據采集、處理、分析以及信息終端傳遞的即時化，只要有蟲害發生，茶農當天就可通過Web終端接收到害情的準確情況和處置辦法。根據專家評估，如果茶葉物聯網技術應用到其他蟲害的防治和施肥等生產環節上，每畝平均能增加50%的效益。所以，本文在此探討茶農接受遠程數據的Web終端控制系統的設計過程。

3.1異步Web數據交互

異步JavaScript和XML技術是交互式網頁應用的一種開發技術，屬于為Web數據交互請求提供支撐的技術，其很大程度上開發了Web瀏覽器的內在功能，也衍生出了無數的新特性。過去很長一段時間的Web應用是采取同步交互過程，瀏覽器只要完成某個動作，操作人員皆需要耗費很長的處理時間才可以重復接下來的動作，這主要是因為客戶端瀏覽器需要重新載入所有頁面。在遠程智能的管理系統中，Web頁面在切換到歷史數據查詢時，一旦采取過去的交互辦法，就會在呈現歷史數據時產生整個頁面刷新，從而導致頁面出現抖動，更有甚者會形成加載滯緩，嚴重影響到視頻效果。遠程操作采用基于異步的JavaScript和XML技術的形式，可以讓用戶進行更為流暢的操作體驗。

異步JavaScript和XML引擎在客戶端瀏覽器與Web服務器之間，利用客戶端JavaScript語言調動XHR對象觸發異步JavaScript和XML引擎出現Http請求，不需耗費時間等服務器響應，服務器傳回可擴展標記語言格式數據，通過JavaScript語言操作Document Object Model滿足于Web頁面的動態局部更新。這種技術設計在相當程度上降低了多余的無謂請求和服務器產生的響應負擔，不僅如此，也弱化了帶寬的耗費，完善了用戶體驗。

3.2信息交互設計

根據遠程智能控制系統的設計，在Web遠程監控的基礎上，數據信息在茶葉物聯網設備與瀏覽器間的交互主要以兩種過程展開。

一是利用服務器端的數據庫實施實時通信。以數據庫通信為基礎是強調客戶端與茶葉物聯網硬件控制之間以數據庫為中間站，遠程監控系統發送的命令，會先記錄在數據庫，客戶端定時性對數據庫展開查詢，一旦發現新的命令就會第一時間實施處理。服務器端收集來自茶葉物聯網監測的實時數據，將有關參數傳送至數據庫中，客戶端訪問數據庫即獲得所需信息。這種交互的過程其優勢就在于有著很大的開放性，并且實時性也相對更高，只需訪問數據庫就能夠即時獲得現場信息。

二是通過Socket編程完成Transmission Control Protocol實時通信。客戶端與茶葉物聯網是在Socket通信的背景下完成，有著很強的實時性，兩者間能夠利用服務器端作為中轉站展開通信。因為服務器端能夠與硬件設備進行通信，因此，遠程智能監控系統能夠利用Socket將指令傳送到服務器端，接著傳遞到硬件設備，再存儲至數據庫中。這種通信交互很好的處理了時間滯后的問題，有著較好的實時性。

3.3設備的遠程控制模塊設計

設備的遠程控制屬于控制系統設計中無可取代的關鍵部分，遠程控制系統需要全面權衡用戶的現實需求，設計手動與自動兩種控制辦法。其重點在于實施Web客戶端和服務器端的通信，客戶端輸出的指令在指定端口輸入服務器端，后者又再傳送給控制設備，最終實現遠程智能控制的效果。

茶葉物聯網按照茶葉種類及其生長情況創設控制參數模型，例如濕度傳感器會不間斷不定時的搜集濕度數據，一旦所搜集到數據大于參數，控制系統就會提示警告（其形式可采取短信提醒的方式）。在操作人員選擇自動灌溉時，硬件設施就會控制水閘自動打開，傳感器同步展開監控，操作人員也可通過手動控制完成開關，按照自身的茶葉種植經驗選擇灌溉時間等。

4　結束語

如今，茶葉物聯網技術打通科技與茶園生產的“最后一公里”，實現了茶葉管理的現代化、科學化。茶農利用Web客戶端就能夠對茶園設施展開控制，實時監控茶園的雨量、光照、土壤養分、病蟲害情況等，實現茶葉生長、采摘加工、儲存銷售等各個環節的全程記錄。

參考文獻

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作者簡介：邱富軍（1982-），男，四川樂至人，研究生，講師，研究方向：電子技術應用、嵌入式技術。